前段時間，Mellanox公司宣布關閉1550nm的矽光部門，引起了大家廣泛的關注。筆者收集了一些Mellanox矽光子相關的資料與文章，在這裡整理總結一下。
Mellanox采用的矽波導不是傳統的220nm厚的波導，而是3um厚，其截面圖和模場分布如下圖所示，
（圖檔來自文獻1）
所采用的波導為脊形波導結構。其轉彎半徑為250um, 而主流的220nm厚矽波導的轉彎半徑最小可以為5um。兩者相差50倍，顯然220nm厚矽波導的內建度更高，相同面積内可以有更多的器件。
3um厚矽波導也有其優勢，其模斑尺寸比較大，可以比較好地與光纖進行端面耦合，而對于220nm厚矽波導，其與單模光纖的耦合效率相對較低。Mellonax設計了一種3維的taper型耦合器，如下圖所示，通過3維漸變的波導結構，将光纖中的輸入光逐漸耦合到脊形波導中，耦合效率可以達到-0.3dB。
（圖檔來自文獻1）
矽光幾個主要的Fab提供的是對220nm或者340nm厚波導的MPW服務，Mellanox的3um厚波導由它自己的fab來加工。
其片上Mux/Demux采用的是階梯型光栅(echelle grating)結構, 利用光栅的衍射性質，實作不同波長從不同通道處輸出, 如下圖所示，
（圖檔來自文獻2）
光栅的截面圖如下圖所示，呈階梯狀分布，光栅加工品質對器件的性能影響較大。階梯型光栅結構尺寸比一般的AWG結構小10倍，不同通道間的串擾較小。Mellonax給出的光譜測量結果中，插損一般在-3dB左右。
（圖檔來自文獻2）
其調制器并不是采用一般的Mach-Zehnder幹涉型結構，而是一個p-i-n脊形波導結構，如下圖所示，
（圖檔來自文獻1）
載流子注入後，波導的吸收系數會随着載流子濃度的變化而變化(Franz-Keldysh effect), 滿足下式
基于此原理，通過改變電壓的大小可以控制光場的強度，進而達到調制的效
果。該方案的器件尺寸(幾十微米)比MZI型調制器（幾毫米）小得多，但是它的工作波長範圍較小，而MZI型調制器因為基于光場的幹涉，不受限于波長，可以在較寬的波長範圍内工作。
利用相同的原理，可以設計可調光衰減器VOA(variable optical attenuator), 結構如下圖所示。 VOA是Mellanox非常重要的一款矽光産品。
（圖檔來自文獻4）
其探測器采用片上Ge波導探測器，結構如下圖所示，
（圖檔來自文獻2）
其響應率可以達到1A/W, 3dB帶寬可以到50G，性能名額還是非常好的。
基于以上的不同功能器件，組合起來就可以實作整個片上的光收發器。下圖為其CWDM4的矽光晶片版圖，包括Mux/Demux, 調制器，探測器等。四種波長的光場從laser bank處耦入進矽光晶片中，經過調制器對信号進行調制，再經過Mux将不同波長的光合束在同一根波導中輸出到片外，Rx端接收到光場後，經過DeMux分束到四根波導中，再經過鍺PD進行信号的探測。
（圖檔來自文獻2）
類似的，QSFP28的版圖如下圖所示，少了Mux/Demux, 多了1分4的分光器（左圖左下角）。左下角還有一個用于監控光功率的MPD。
（圖檔來自文獻2）
Mellanox采用的是片外光源的方案，雷射器通過flip-chip的方法貼裝到矽光晶片上。其方案不需要傳統的透鏡、隔離器等，也不需要密封封裝，進一步降低了成本。整體的封裝結構示意圖如下，
（圖檔來自文獻5）
以上是對Mellanox矽光子技術的整理與總結。至于它關閉1550nm部門的原因，這裡就不讨論了，看過不少大牛的分析貼，主要原因可能是沒有盈利。
文章中如果有任何錯誤和不嚴謹之處，還望大家不吝指出！
參考文獻：
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3. B. Jonathan Luff, Hybrid Silicon Photonics for Low-Cost High-Bandwidth Link Applications
4. A. Martin, et.al., Technical Challenges for 100Gb/s Silicon Photonics Transceivers for Data Center Applications
5. J. L. Malinge, A view on the Silicon Photonics trends and Market prospective